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Our Innovations

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ULS Laser Sources

오늘날 Universal Laser Systems가 비지니스를 영위하는 시장에서 CO2 레이저 유형은 크게 금속코어, 세라믹 코어, 유리 코어, 이 세 가지 튜브로 분류됩니다. 각 레이저 유형마다 이러한 레이저 소스를 제어하고 전력을 공급하기 위해 여러가지 다른 기술이 사용됩니다. 



레이저의 발전


세라믹 코어 레이저는 1970년대 수냉식 이온 가스 레이저와 같은 상업용 응용 분야를 위해 개발되었습니다. 유리 코어 레이저의 경우에는 오래된 유리 성형법을 사용하여 저렴한 레이저 소스를 만듭니다. 이와 반대로 금속 레이저 기술은 초창기에는 국방 기관의 계약에 따라 가장 까다롭고 임무에 필수적인 군사용으로 개발되었습니다. 1980년대 말에 군용 프로그램이 완료되었지만 신뢰성과 정비성이 뛰어난 민간용 및 산업용 레이저를 만들기 위한 금속 코어 레이저 개발이 계속 진행되었습니다. 


ULS 레이저의 혁신


ULS는 다양한 재료 가공 기술, 수많은 특허 기술, 수백만 시간에 걸친 현장 운용 경험을 바탕으로 일체형 공냉식, 금속 코어, CO2 레이저 소스, 작업 모드 복제, 자유 공간 슬래브 공진기, 일체형 RF 전원 공급기를 비롯하여 레이저 커팅, 조각, 마킹 공정을 위한 최적의 솔루션을 설계했습니다. 이러한 설계에 적용된 다양한 기술 덕분에 ULS 레이저 소스는 크기는 작지만 펄스 작동과 연속파(CW) 작동이 모두 가능합니다. 또한 이러한 레이저 소스는 군용 등급의 구성으로 제작되었으며, 레이저를 완전히 재가공 할 수 있어 무한 정비가 가능합니다.

                                                                                                                    

                                                                                                                                                
           


       10 ~ 500 Watts ULS 레이저 소스


ULS는 10.6µm와 9.3µm 파장의 출력으로 10 ~ 500 Watts의 레이저 발진기를 제조합니다. 모든 ULS 레이저 소스는 전체 출력 범위에서 일체형 공냉식으로 구성되어 있습니다. 이러한 레이저 소스는 다음과 같은 여러가지 장점을 제공합니다.


     •   뛰어난 레이저 커팅, 조각, 마킹 품질
           향상된 레이저 빔 초점 성능으로 매우 일관된 가공 작업 결과를 얻을 수 있습니다.

     •   높은 가공 처리량
           레이저 에너지를 더 효율적으로 사용하여 레이저 시스템의 처리량을 크게 높일 수 있습니다.

     •   복합적인 Universal 기능을 구현
           Rapid Reconfiguration, Dual Laser, SuperSpeed 기술을 예로 들 수 있습니다.

     •   운용상의 안전성
          항공기 등급의 용접 알루미늄 부품, 저전압 전원 공급기, 일체형 안전 기능을 사용해 위험 요인을 줄였습니다.

     •   높은 신뢰성과 정비성
          레이저 소스 설계와 뛰어난 레이저 서비스 프로그램으로 시스템 가동 중지 시간을 크게 줄입니다.



뛰어난 레이저 커팅, 조각 및 마킹 품질


ULS CO2 레이저 소스는 시중의 공냉식 레이저 소스 중에서 가장 뛰어나고 균일한 가공 작업 품질을 제공합니다. 이러한 성능은 레이저 소스의 세 가지 특성 (빔 출력 분포, 가공 영역의 빔 변동, 시간에 따른 출력 균일도)으로 측정할 수 있습니다. 

빔 출력 분포 
ULS 레이저의 M2는 1.1로 가우스 출력 분포와 매우 일치합니다. 이 유형의 빔은 레이저 재료 가공에 매우 적합하고 초점 광학 부품이 가장 작은 초점 크기에 최대량의 에너지를 집중시킬 수 있습니다. 초점 크기가 작다는 것은 절단부의 잘린 자국의    폭이 더 작고 마킹, 이미징, 조각 결과의 해상도가 더 높다는 것을 의미합니다. 

  

깨끗한 가우스 빔의 단면 출력 분포. 
가우스 빔이 이동 방향과 상관없이 균일한 결과를 만들어 내고 초점에서 빔의 출력 밀도를 최대화합니다.


가공 영역의 빔 변동
ULS와 다른 많은 제조사에서 사용하는 갠트리 스타일의 X-Y 빔 포지셔닝 시스템에서 레이저 소스에서 가공 위치까지 거리는 빔 전달 이송 장치가 가공 영역을 가로질러 이동하는동안에 변합니다. 가공 균일성을 유지하기 위해서는 가공 영역 전체에  걸쳐 초점 크기를 상당히 일정하게 유지해야 합니다. 다른 제조사들과 달리 ULS 레이저 소스는 자유 공간 공진기를 사용하기 때문에 레이저 가공 영역 전체에 걸쳐 초점 균일도가 더 높습니다. 이는 ULS 레이저 소스를 사용한 레이저 재료 가공이 가공 위치와 상관없이 시각적, 차원적 특성의 균일도가 더 높다는 것을 의미합니다.  

시간에 따른 출력 균일도
레이저 소스는 작동중에 상당한 열 부하를 생성하기 때문에 광학 공진기에서 약간의 기계적 변화를 일으키고 활성 매개불의 온도를 높입니다. 이로 이해 레이저의 빔 품질과 출력이 바뀔 수 있습니다. 폭넓은 열 작동 범위에서 균일한 결과를 얻으려면 레이저의 열 관리가 중요합니다. 과거에는 25W를 초과하는 CO2 레이저의 열을 관리하기 위해 수냉식을 사용했습니다. ULS는 CO2 레이저에서 공냉식을 개척했고 여러 가지 기술적 발전을 이루어 최대 500W의 공냉식 레이저를 제공할 수 있게 되었습니다. ULS는 또한 레이저 재료 가공 분야에서 공냉식 레이저의 장점을 처음으로 인지하였습니다. 고가의 관리가 어려운 칠러가 필요한 수냉식에 비해 공냉식은 별도의 칠러가 필요없고 레이저 재료 가공 시스템을 더 컴팩트하게 만듭니다. ULS는 공냉식 레이저 소스를 적용하여 모든 레이저 커팅, 조각, 마킹 시스템을 제공하는 업계 최초의 기업입니다. 
ULS는 세 가지 주요 기능 요소인 광학 공진기, 전원 공급기, 열 관리 솔루션을 하나의 컴팩트 패키지로 결합했습니다. 또한 특허 받은 공진기 설계에서 고효율의 모드 복제 구성을 사용하여 활성 매개물을 효율적으로 사용합니다. 이처럼 통합성과 효율성이 높고 전체가 금속으로 구성되어 있어 하나 또는 두 개의 고효율 가변 속도 송풍기로 구성품을 냉각시키고 레이저 사용과 주위 조건에 상관없이 온도 변동을 관리할 수 있습니다. 세라믹 코어 레이저 소스와 같은 다른 레이저 기술을 사용하면 세라믹의 열 전도율이 금속보다 상당히 낮기 때문에 냉각이 훨씬 어려워집니다. 이는 ULS 레이저 소스가 공냉식의 편의성과 비용 효과로 인해 다양한 환경의 작동 조건에서 일정한 레이저 커팅, 조각, 마킹 품질을 달성할 수 있다는 것을 의미합니다.




높은 가공 처리량


가공 작업 처리량에 대한 레이저 소스의 역할은 주로 사용 가능한 전력, 레이저 반응, 가공 재료에 가해지는 레이저 에너지의 적절한 관리에 따라 결정됩니다.
사용 가능한 피크 전력은 레이저 재료 가공 처리량에 대한 중요한 고려 사항입니다. 더 높은 레이저 출력이 항상 더 좋은 것은 아닙니다. 레이저 재료 가공의 결과는 사용 가능한 피크 전력, 파장, 출력 공급률, 전력 밀도와 같은 여러가지 변수의 복잡한 조합에 의해 결정됩니다. 더 높은 출력의 레이저를 변조해서 더 낮은 정격의 레이저 소스와 동일한 평균 출력을 내도록 만들수도 있지만, 레이저와 재료의 상호 작용은 항상 동일하지 않습니다. 예를 들어, 10W와 50W 레이저 소스는 모두 10W의 평균 출력을 낼 수 있습니다. 그러나 50W 레이저는 이를 위해 20%의 시간 중에만 켜지고 나머지 80%의 시간 중에는 꺼져야 합니다. 아래 그림에 나타난것처럼 50W 레이저는 20%의 시간 동안 최대 50W의 피크 레이저 출력을 방출하지만 10W 레이저는    그렇지 않습니다. 두 경우 모두 재료에 가해지는 전체 에너지는 동일합니다. 하지만 한 경우에서는 에너지가 더 낮은 출력으로 연속해서 공급되고 다른 한 경우는 에너지가 더 높은 출력으로 짧게 불연속적으로 공급됩니다. 각각의 에너지 전달 방법은 재료에서 다른 결과를 만들어 낼 수 있으며 주어진 응용 분야에 대한 레이저 소스는 어떤 결과를 원하는지에 따라  결정됩니다. 일반적으로 다양한 종류의 재료와 레이저의 상호 작용을 최적화하기 위해 두 유형의 레이저 소스를 모두 가지고 있는것이 좋습니다. 


   

10W와 50W 레이저 소스에서 생성되는 동일한 평균 출력의 펄스를 나타내는 그래프.
각각의 직사각형은 동일한 양의 펄스 에너지 'E"를 나타내며, 같은 시간 동안 발생합니다. 
평균 출력이 같더라도 각 레이저에 대해 피크 출력이 다르기 때문에 레이저 에너지가 가공 재료에 미치는 영향이 다릅니다. 

                                                                                    
또한 모든 CO2 레이저 소스는 광학 출력을 정격 출력으로 끌어올리거나 제로 출력으로 떨어뜨리는데 오래 걸리지 않습니다. 레이저가 이러한 변환을 거치는데 걸리는 시간을 반응시간이라고 부릅니다. 이 반응 시간은 래스터 이미징 응용 분야에서 가공 처리량에 가장 중요한 요소입니다. ULS CO2 금속 코어 레이저는 오래된 유리 튜브 레이저 기술과 비교해 반응 시간이 우수합니다. 일반적인 유리 튜브 레이저는 금속 코어 렐이저보다 반응 시간이 상당히 더 깁니다. 이는 한편으로 레이저의 구조 때문이고, 다른 한편으로는 제어 전자 장치 때문입니다. 이로 인해 유리 뷰트 레이저 시스템은 이미징 처리량이 상당히 낮아집니다. 레이저 재료 가공 결과에 대해 처리량을 최적화하려면 레이저 반응 시간이 중요하지만 다른 사항도 고려해야 합니다. 최근 몇년 동안 여러 레이저 시스템 제조사들이 래스터 마킹을 위한 초점 이송 장치의 속도가 2.5m/s (100 in/s) 이상이라고 홍보하고 있습니다. 초점 이송 장치의 속도가 높으면 강제로 처리량이 증가하지만 특히 이미징 응용 분야에서 처리량에 악영향을 미칠 수 있습니다. 래스터 이미징의 경우 래스터 통과간 겹침이 중요한 기준입니다. 겹침량은 래스터 이미지의 모서리 품질과 조각 영역의 평탄도에 영향을 미칩니다. 처리 속도가 더 높으면 재료에 가해지는 에너지 밀도가 줄어들어 제거하는 재료의 폭이 작아지고 결국에는 통과간 겹침이 줄어듭니다.  다 높은 속도에서 이처럼 겹침이 줄어들면 사용자가 보정하기 위한 라인 간격을 줄여야 (LPI (인치당 라인 갯 수)를 높여야) 할 수 있으며 이때, 처리량이 낮아지게 됩니다.
전체적으로 보면 레이저 반응 시간과 속도 증가에 따른 겹침 감소는 효과적인 레이저 커팅, 조각, 마킹 시스템을 설계할 때 신중해야할 필요가 있음을 나타냅니다. 레이저 에너지의 올바른 관리는 레이저 재료 가공의 처리량을 최적화하는데 매우 중요합니다. 레이저 에너지를 여러 가지 방법으로 관리할 수 있는 유연성을 갖춘 레이저 시스템은 사용자에게 다양한 재료와 응용 분애에서 처리량을 최적화 할 수 있는 극적으로 향상된 능력을 제공합니다. ULS 레이저 소스는 사용자가 고유하고 효과적인 방법으로 레이저 에너지 전달을 관리할 수 있는 많은 ULS 기술을 구현하도록 설계되었습니다.



복합적인 Universal 특징 구현


 ULS 레이저 소스는 제품과 기술 생태계의 필수적인 부품이며 Universal의 여러가지 기타 고유한 기능과 함께 작용하여 고객을 위한 최적의 재료 가공 솔루션을 구현합니다.

Rapid Reconfiguration™
모든 레이저는 공통 규격에 맞게 정밀하게 정렬되어 출고되기 때문에 ULS에서 생산한 CO2 레이저는 사실상 모든 ULS 레이저 커팅, 조각, 마킹 시스템과 호환됩니다. ULS의 작업 유연성과 생산성을 향상시킬 수 있는 특허 받은 기술인 Rapid Reconfiguration ™기술로, 레이저 소스는 특별한 도구와 교육이 필요없이 단 몇 초 안에 레이저 시스템에 설치 및 제거가 가능합니다. 많은 레이저 커팅, 조각, 마킹 어플리케이션들은 레이저 에너지 밀도와 파장에 민감합니다. 
Rapid Reconfiguration™으로 전체 레이저 에너지와 파장을쉽게 재구성 할 수 있기 때문에 다양한 재료의 레이저 가공을 위한 최적화된 레이저 구성으로 사용자에 최대 유연성을 제공합니다.

Dual Laser Configuration
ULS의 금속 코어 CO2 레이저는 여타의 세라믹 또는 유리 튜브 레이저와는 다르게 선형 편광으로 동일한 시스템 안에 한번에 1개 이상의 레이저 튜브를 장착하여 사용할 수 있습니다. 이 복수의 레이저는 사용자에게 몇 가지 장점을 제공합니다. 
레이저는 전체 시스템 파워를 증가시켜 필요시 작업 산출물 또한 증가시키고 시스템을 더 유연하게 만들어 피크 전력과 평균 전력 사양에 따라 다른 하나 또는 두 개의 레이저를 사용하여 광범위한 종류의 레이저 재료 가공을 할 수 있습니다. 또한 Dual Laser Configuration 기술을 통해 여러 파장의 레이저 소스를 사용하여 처리 유연성을 더욱 높일 수 있습니다. 일부 물질은 편광과 비대칭적인 상호작용을 나타내며 어떤 경우에는 바람직하지 않을 수 있습니다. 두 개의 선형 편광빔을 90도로 서로 결합함으로써 편광으로 인한 모든 처리 비대칭성을 제거할 수 있어 이동 방향에 관계없이 레이저 커팅, 조각 및 마킹 작업이 일관적입니다. 이러한 Dual Laser Configuration 기술은 ULS에서만 제공합니다.

SuperSpeed Technology™
선형 편광을 적용하면 또다른 Universal의 고유한 기능인 SuperSpeed™ 기술을 구현할 수 있습니다. 이 기능으로 래스터 마킹과 조각 작업에 처리량을 두배 이상 높일 수 있습니다.

시스템 통합 및 지능형 재료 데이터베이스
ULS 레이저 시스템과 레이저 소스는 올바른 시스템 작동, 가공, 안전성을 구현하기 위해 지속적으로 통신합니다. 레이저 시스템은 설치된 모든 레이저의 정격 출력과 파장을 판독하고 이에 따라 재료 데이터베이스가 자동으로 가공에 대한 최적의 매개 변수를 계산합니다. 또한 레이저는 시스템의 안전 연동 장치와 통합되어 도어 또는 액세스 패널이 열리면 레이저가 즉시 작동을 멈추고 사용자와 시스템을 안전하게 보호합니다. 레이저는 레이저 소스가 고장나거나 서비스가 필요한 경우 도움을 줄 수 있는 종합적인 진단 정보를 유지합니다.



운용상의 안전성


세라믹과 유리 레이저 소스는 깨지기 쉬운 구조부를 가지고 있기 때문에 충격을 받으면 파손되기 쉽습니다. 이와 정반대로 ULS의 금속 코어 레이저는로봇 용접으로 만든 Aero craft-grade Aluminum 소재로 제작되어 매우 견고하며 파손을 염려할 필요없이 쉽게 이동, 설치, 배송, 보관이 가능합니다.  또한 ULS 레이저 소스는 소형으로 설계되어 취급이 더 쉽고 관리해야 하는 수로관, 냉각기, 고전압 전선 또는 원격 RF 전원 공급기가 필요 없습니다. 예를 들어 누수가 발생하는 경우, 시스템이 올바르게 작동하지 않으며 물과 고압 전기로 인한 안전상의 위험성이 항상 존재합니다. 유리 튜브 레이저를 위한 전원 공급기는 작동 전압이 25,000V가 넘고 항상 고전압 케이블과 커넥터를 통해 원격으로 전원에 연결되기 때문에 치명적인 감전 위험성을 가지고 있습니다. 또한 유리 튜브 레이저 소스에 전력을 공급하기 위한 전원 공급기는 작동 전류 범위가 30 ~ 150 mA 이며 이는 사람의 심장에 충격을 주어 심각한 위험을 발생 시킬 수 있습니다. 이 기술은 레이저 튜브 내에 가스를 이온화하기 위해 고전압이 요구되기 때문입니다. ULS에서 공급하는 RF 레이저 소스는 이와는 근본적으로 다르며 고전압을 사용하지 않기 때문에 본질적으로 안전합니다.  ULS 레이저는 안전 문제로 인하여 시스템, 시설 또는 작업자가 피해를 입지 않도록 여러가지 기능이 기본적으로 탑재되어 있습니다. 각각의 레이저 소스에는 지정된 범위를 벗어나면 작동을 중지시키고 레이저 수명을 높일 수 있도록 설계된 초과 온도 센서와 미달 온도 센서가 부착되어 있습니다. 또한 레이저가 연동 안전 시스템과 연결되어 있어 도어 또는 액세스 패널이 열리면 레이저 가공 작업이 중단됩니다. 이러한 기능들로 고객의 시스템 운영에 안전성을 더욱 높힐 수 있습니다.  



높은 신뢰성과 정비성


ULS 레이저 소스는 긴 사용 수명으로 입증되었습니다. 지난 1997년부터 ULS는 수 백만 개의 금속 코어 CO2 레이저를 생산하고 있으며 사용 후 10년이 지난 많은 레이저들이 실제로 현장에서 사용 중입니다. 대개 생산 공정에서 용접 또는 본딩 처리되어 분해할 수 없는 세라믹과 유리 레이저 소스로는 불가능한 레이저의 수리, 충전, 재사용이 가능한금속 구조의 레이저는 무한대로 사용할 수 있습니다.
레이저 소스의 충전이 필요할 때, ULS는 또한 업계 내 독보적인 레이저 교환 프로그램을 제공하고 있습니다. 장비 가동 중지 시간이 많이 소요되는 레이저 재가공이 아닌, ULS는 신속하게 레이저 소스 교체 분을 고객에 배송합니다. 고객은 대체 레이저 소스를 배송받아 단 몇 초 내에 설치를 완료하여 레이저 가공 작업을 계속할 수 있습니다. 그 후에 이전의 충전이 필요한 레이저 소스를 ULS에 반송시킴으로써 레이저 시스템의 가동 중지 시간 없이 원활한 작업을 계속할 수 있습니다.